《Cellular Signalling》：Oncometabolite D-2-hydroxyglutarate regulates actin dynamics and nuclear homeostasis in IDH1-mutant glioma
编辑推荐：
IDH突变胶质瘤中D-2-HG代谢物通过表观遗传调控影响actin动态，导致细胞骨架和核结构异常，并通过lamin A和TERT的相互作用揭示核actin聚合对基因组稳定性的关键作用。
Kirti Lathoria|Sonia B. Umdor|Shruti Patrick|Pruthvi Gowda|Jyotsna Singh|Shanker Datt Joshi|Vaishali Suri|Ellora Sen
印度马内萨尔国家脑研究中心细胞与分子神经科学部门，邮编122052
摘要
在携带IDH1突变的胶质瘤中，致癌代谢物D-2-羟基戊二酸（D-2-HG）的积累会导致表观遗传失调和信号通路改变。尽管异常的肌动蛋白细胞骨架结构是胶质母细胞瘤的标志性特征，但胶质瘤相关致癌代谢物对肌动蛋白动态的影响仍知之甚少。通过对按IDH突变状态分层的患者肿瘤活检进行全基因组DNA甲基化分析，发现IDH突变胶质瘤中许多调控肌动蛋白的基因发生广泛甲基化。这与IDH突变肿瘤中关键细胞骨架蛋白CFL1、CDC42和ARP2的表达减少相吻合。在过表达IDH1-R132H或经2HG处理的胶质瘤细胞中也观察到了类似的变化，表现为F-肌动蛋白/G-肌动蛋白比例降低以及Rho-GTP酶活性减弱，表明肌动蛋白聚合减少。G-肌动蛋白的积累增加与lamin A和TERT水平下降以及DNA损伤标志物γH2AX升高同时发生。值得注意的是，lamin A分别作为TERT和γH2AX的正向或负向调节因子。端粒FISH分析显示，经2HG处理的细胞中端粒的核组织发生改变，核形态也发生变化。重要的是，在经2HG处理的细胞中强制促进肌动蛋白聚合可以恢复lamin A的表达，降低TERT水平，并减少γH2AX；这表明肌动蛋白动态与核状态之间存在功能联系。总体而言，我们的发现揭示了致癌代谢物D-2-HG在调节肌动蛋白动态中的先前未被认识的作用，并填补了胶质瘤中结构-代谢耦合机制的空白。
引言
异柠檬酸脱氢酶（IDH）基因的突变，尤其是IDH1中的R132H突变，定义了低级别胶质瘤和继发性胶质母细胞瘤的分子特征[1]。这些新生突变使IDH酶获得功能增强，从而导致致癌代谢物D-2-羟基戊二酸（D-2-HG）的积累。IDH突变与肿瘤生长较慢、对治疗更敏感以及预后更佳相关[2]、[3]。IDH1突变胶质瘤的这些特征主要归因于D-2-HG的积累。由于与更好的预后相关，IDH突变成为胶质瘤重要的诊断和预后生物标志物[4]、[5]。肌动蛋白细胞骨架的变化促进了肿瘤发生[6]、[7]。已知细胞骨架调节因子驱动胶质瘤的形成[8]，并且IDH1突变肿瘤的特征之一是肌动蛋白细胞骨架结构的改变[9]。氧化应激是胶质瘤细胞中肌动蛋白组织的调节因素[10]，据报道IDH1 R132H胶质瘤细胞中的ROS水平升高[11]。尽管肌动蛋白动态控制着多种细胞功能[6]，但IDH突变驱动的胶质瘤形成中一个关键但尚未充分研究的方面是肌动蛋白细胞骨架的调节。
肌动蛋白重塑受到GTP酶及相关蛋白复合体网络的调控。Rho家族GTP酶CDC42和促进肌动蛋白成核的复合体ARP2/3参与胶质瘤中的细胞骨架重塑[12]。lamin A通过与核肌动蛋白相互作用来维持核形状和基因组完整性[13]。A型lamin的缺失会导致端粒组织改变并导致端粒缩短[14]，而A型lamin参与维持端粒稳定性[15]。也有研究报道肌动蛋白动态在端粒维持中的可能作用[16]。此外，lamin A与核骨架-细胞骨架连接（LINC）复合体相互作用以促进F-肌动蛋白的聚合[17]。这些发现表明A型lamin与肌动蛋白细胞骨架和端粒密切相关，它们的相互作用在癌症进展中可能具有重要作用。除了引发代谢重编程和改变表观遗传景观[18]外，IDH1突变和D-2-HG的积累还与端粒维持的变化相关[11]、[19]。虽然其他癌症的研究暗示了肌动蛋白细胞骨架动态与核结构之间的功能相互作用，但这些关系在胶质瘤中，特别是在IDH突变和D-2-HG积累的背景下，尚未得到充分研究。鉴于越来越多地认识到肌动蛋白在核调控中的作用以及D-2-HG对细胞骨架和核组织相互作用的影响尚未充分探索，我们研究了IDH突变和D-2-HG是否影响胶质瘤中的肌动蛋白动态和核结构。
章节摘录
IDH突变胶质瘤患者中与肌动蛋白细胞骨架相关的蛋白质含量减少
IDH1突变在胶质瘤中建立了CpG岛甲基化表型（CIMP），并且与更好的生存率相关[20]。我们对按IDH突变状态分层的患者活检进行了全基因组甲基化分析，以识别在IDH突变胶质瘤中选择性甲基化的基因。分析显示，许多与肌动蛋白细胞骨架调节相关的基因在IDH突变肿瘤中发生特异性甲基化，表明肌动蛋白动态发生了改变（图1A、B）。
讨论
Cofilin-1、CDC42和ARP2是肌动蛋白细胞骨架机制的核心组成部分，它们与一个更广泛的调控肌动蛋白可塑性的基因网络紧密相连。CDC42激活ARP2/3复合体并促进肌动蛋白成核，而Cofilin-1则促进肌动蛋白纤维的断裂和回收[34]。这些因素与其他关键的肌动蛋白动态调节因子（如profilin、cortactin和Rho-GTP酶调节因子）一起，使得细胞骨架能够快速重塑。
IDH野生型和IDH1突变患者来源肿瘤的甲基化分析
患者来源的IDH野生型和IDH1突变胶质瘤组织是根据印度医学科学研究所（AIIMS）的伦理委员会指南（IEC 200/04.03.2022和AIIMSA00916/05.03.2024）从新德里获得的。使用Infinium HumanMethylation935（EPICv2.0阵列）和Illumina的甲基化协议指南，对每个IDH WT和IDH MT胶质瘤组织进行了10个样本的DNA甲基化分析。甲基化水平以β值表示，并进行了量化。
CRediT作者贡献声明
Kirti Lathoria：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原始草稿、可视化、验证、方法学、研究、正式分析、数据管理。Sonia B. Umdor：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原始草稿、可视化、验证、方法学、研究、正式分析、数据管理。Shruti Patrick：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原始草稿、可视化、验证、方法学、正式分析、数据管理。Pruthvi Gowda：撰写 – 审稿与编辑，
资助
本研究得到了科学技术部的SERB-POWER奖学金（DST, SPF/2021/000199）以及由印度医学研究委员会资助的先进研究中心（CAR）（EM/Dev/CAR/01/0090/2024）的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢Rajesh Kumar Kumawat提供的技术支持。
以下是与本文相关的补充数据。
